直升機氣動設計技術專利布局分析

徐京海，劉傳準，魯 峰

(1.中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001；2.北京航信知識產權咨詢有限責任公司，北京 100101;3.陸航駐景德鎮地區軍代室，江西 景德鎮 333000)

直升機氣動設計技術專利布局分析

徐京海1，劉傳準2，魯 峰3

(1.中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001；2.北京航信知識產權咨詢有限責任公司，北京 100101;3.陸航駐景德鎮地區軍代室，江西 景德鎮 333000)

對直升機設計技術中有關氣動設計技術的專利數據進行數理統計并分析，意圖勾勒出相關技術發展的脈絡，為企業知識產權保駕護航。文章通過歷年專利申請分布分析以及專利權人分析等宏觀數理統計的方法，判斷直升機氣動設計技術的發展狀態、專利申請的整體狀況以及國內外重要競爭對手的專利技術布局情況，并根據重要競爭對手在國內外的專利布局情況了解相關技術的發展態勢，為企業自主知識產權布局提供參考意見。

直升機；氣動設計；知識產權

0 引言

按用途劃分，直升機可以分成軍用直升機和民用直升機。預計到2020年，世界直升機市場總產值將達到300億美元[1]。據《航空周刊》對世界航空航天工業2015-2019年的預測，在此期間民用直升機總產量將達4494架，總價值達262億美元。其中，阿古斯特-維斯特蘭公司產值占比達到40.4%，產值高達110億美元，幾乎等于貝爾和空客兩家公司的產值的總和；但在數量上，排名第一與第二的貝爾公司和空客公司的產量總和可達2700余架，占市場份額的60%以上。

目前，中國航空工業集團正積極構建以天津、哈爾濱、景德鎮、保定四地優勢互補、協調發展的全新直升機產業格局[2]。與世界發達國家相比，直升機所在一些關鍵技術上還存在差距。在直升機總體布局、優化設計、氣動性能、可靠性、舒適性等方面有待進一步提高，直升機氣動設計技術、旋翼設計技術、航電設計、操縱飛控設計技術以及電氣設計技術等五大設計技術，是直升機研發過程中的關鍵技術，在直升機領域專利申請中也占有非常高的比值。我國在這些技術領域的專利申請起步晚，布局薄弱。同時期，國外競爭對手已經在國內市場展開了廣泛的專利布局，需要引起高度重視。

隨著現代科技的飛速發展、現代企業生產規模的不斷擴大以及競爭的日益加劇，企業擁有的專利數量越來越多，專利在企業運營中所占的比重日益提高，成為了企業搜集情報的主要途徑之一[3]。中國直升機設計研究所的直升機市場份額占有量正不斷增大，為了企業的長遠利益和發展，有必要運用知識產權制度保持企業的技術優勢并在市場競爭中謀求最大經濟利益。本文就直升機關鍵技術中的氣動設計技術進行專利分析，從而勾勒出相關技術發展的脈絡，為企業自主知識產權布局提供參考意見。下面就直升機氣動設計技術宏觀數理統計分析進行詳細論述。

1 歷年專利申請分布分析

通過對直升機關鍵技術中的氣動設計技術在全球的專利申請進行數據分析，了解氣動設計技術的發展趨勢及其在中國的專利布局狀況。直升機氣動設計技術主要包括空氣動力學氣動設計技術、氣動載荷技術以及氣動試驗技術，本文利用德溫特專利數據庫，經過迭代檢索，共檢索到專利申請863項。

圖1給出了相關技術的歷年專利申請分布趨勢，該圖清晰地反映出了該領域專利申請量自1993年以來隨時間變化的趨勢?？梢钥闯觯蚍秶鷥龋鄙龣C氣動設計技術的快速發展期是在21世紀之后。其中，在2005年前后略有降低，之后在2006-2012年，相關專利申請進入了黃金時期，專利申請開始急劇增長，世界范圍內的專利權人開展了廣泛的專利布局。這一時期，歐直(包括歐直法國、歐直德國，現已經并入空客直升機)、貝爾、波音、空客直升機、聯合技術等國外大型直升機公司展開了廣泛的專利布局，涉及布局的國家或地區主要集中在美國、加拿大、中國、日本以及德法等歐洲發達國家。特別是貝爾、歐直等在中國開展專利布局，意圖制約我國直升機設計技術的發展，占領中國市場。下面以貝爾直升機在空氣動力學方面在中國布局的專利CN101541634B為例進行詳細分析。

CN101541634B提供了一種高性能低噪音直升機槳葉的空氣動力學設計，主要改進點在于具有后部弧面橫截面的旋翼槳葉。圖2為直升機旋翼槳葉的示范性橫截面300的示意圖。其中，弦線350和中弧線360之間的差從槳葉前緣310起增大到槳葉后緣320和弦線350的中點370之間的最大值380，然后減小到槳葉后緣320，以生成后部弧面。所述后部弧面為槳葉的一體部分。在本發明的另一實施例中，所述后部弧面通過連接于所述槳葉的后緣襟翼延伸部來生成。所述槳葉后緣襟翼延伸部優選地連接于所述槳葉，以使所述槳葉后緣襟翼延伸部向下彎曲。此設計的優點在于，所述后部弧面產生更高升力，具有更小阻力，并延遲高馬赫數下的失速。

該專利作為貝爾的核心專利，包含了39條權利要求，且通過多達18條的獨立權利要求對其技術方案(不同實施例)進行保護。其獨立權利要求1所對應的實施例如圖2所示。另一方面，該專利還具有包括美國、加拿大、中國等的25篇INPADOC同族專利，在一定程度上也反映了該技術的核心性。

由此可見，貝爾直升機在空氣動力學方面具有豐富的力學理論知識和較強的科研能力，促使其布局了具有重要戰略意義的核心專利。其它公司如波音、歐直等同樣在世界范圍內布局有相應的若干氣動布局方面的核心專利。在國外大型直升機公司對空氣動力學方面進行廣泛布局的同時，國內也先后展開了一系列應對措施。我國早期(2005-2010年期間)申請主體專利意識薄弱，專利申請以北航、南航等高校單位為主，面對強大的國外專利權人顯得單薄了些；后期隨著我國專利制度的不斷完善及國內專利權人專利市場意識的增強，以直升機所等國有大型企業為主，開展了廣泛的專利布局。

中航工業直升機所的專利布局主要涉及氣動面降噪、保護等方面，例如具有導熱性的耐磨蝕保護帶、直升機降噪隔音面板等專利。具有導熱性的耐磨蝕保護帶專利適用于相對速度較高的氣動表面，它有利于在氣動表面上鋪貼，能同時滿足氣動表面防沙石磨蝕和快速傳遞熱量的需求。直升機降噪隔音面板專利主要針對現有降噪結構設計中對降低中高頻噪聲手段的急需，研制的降噪隔音面板結構外形美觀，防油、防水、耐腐蝕，在63Hz～4000Hz的測試頻率范圍內，平均法向入射傳聲損失不低于20dB。

可以看出，直升機所的氣動設計方面的專利布局較為外圍化。類似降噪、保護措施等方面的專利在多個技術領域具有普適性。在核心的空氣動力學方面，直升機所布局的專利數量較少，僅檢索到一篇通過改進粒子群算法得到氣動布局參數的一個可行區域的專利，在這個區域內選擇和修改的氣動布局參數組合，使得所得飛行性能不低于目標。直升機所應重視國內外氣動設計方面的核心專利，借鑒相關技術，為科研生產保駕護航。圖1中2015年-1016年專利申請量較少，這與專利申請的公開具有滯后性有關。

2 專利分類分析

表1描述了直升機氣動設計技術的三個子技術在全球及在中國的專利申請量，一定程度上反映出了技術發展的態勢。從全球或中國的專利申請量來看，氣動試驗涉及的專利申請較少，而涉及空氣動力學方面的氣動設計(特指翼型設計、旋翼氣動布局、尾槳氣動布局、氣動流場、氣動噪聲等設計方面)以及氣動載荷(特指槳葉或槳轂載荷計算、氣動面載荷、系留載荷計算等方面)涉及的專利申請較多，技術上的可布局專利點較多。從中國的專利申請縱向比較來看，雖然仍是氣動設計及氣動載荷占比大，但與全球范圍內的專利申請進行橫向比較可見，中國在氣動試驗方面(例如風洞試驗、氣動噪聲試驗等)開展了廣泛的專利布局，一定程度上表明了國內專利申請對氣動試驗的重視程度。下面以氣動試驗為例，闡述國內外專利布局方向。

表1 相關子技術專利申請分布表

在氣動試驗方面，直升機所申請了若干相關專利，主要涉及風洞試驗、旋翼臺架試驗等。例如，公開號為CN204495536U的專利中涉及一種風洞試驗模型的天平連接機構，公開號為CN202522397U的專利涉及一種可以調整旋翼模型試驗臺固有頻率的裝置等。反觀國外在氣動試驗方面的專利，則主要布局在試驗方法及使試驗更加準確的輔助型結構方面，例如波音申請的公開號為US8972310B2的專利，是一種用于確定結構的變形的方法，公開號為US5866813A的美國專利提供了可移動的三維校準風洞系統等。

通過上述國內外專利分析可以看出，在氣動試驗技術領域，國內專利申請更加偏向于試驗加載裝置，國外專利申請更加傾向于通過增加試驗道具等方式來得到預期的試驗效果。

3 專利權人分析

表2給出了相關技術的三個子技術(空氣動力學/氣動設計、氣動載荷、氣動試驗)的重要專利權人在全球及在中國的專利布局情況。由表可見，貝爾直升機、歐直(現已經并入空客直升機)等不僅在全球其他國家和地區布局了眾多專利，還相應地在中國進行了專利布局。

貝爾直升機以翼型設計(槳葉、翼型的空氣動力學領域)在中國布局專利，如公開號CN103661937B提到的翼型構件專利，公開號CN101541634B提到的旋翼槳葉專利等。歐直在中國布局的專利主要為轉子葉片材料、整機構型、氣動噪聲優化等方面，如公開號CN101801785A提到的混合式直升機專利，公開號CN102452477B提到的纖維加固復合設計的轉子葉片專利等。直升機所的相關技術專利布局也涉及到了翼型設計，如公開號CN104657529A提到的從飛行性能角度進行直升機氣動布局參數設計的方法的專利。除此之外，直升機所的專利還涉及相關參數設計等方面，2016年的專利申請中還包括動力艙通風方面的專利，如直升機用冷凝器散熱風道。

國內外專利權人在氣動設計領域布局的專利主要在翼型設計及參數選擇上，而在進氣道流場分析、氣動噪聲分析、全機干擾流場分析、動力艙通風等方面均較為薄弱。北航、南航就此申請了少量專利。直升機所可以適當考慮加大該技術領域的專利布局，以形成核心專利，進而圍繞該核心專利逐步布局外圍專利，以形成完整的專利體系。

4 結論

近年來，中國直升機設計研究所在各種型號直升機產品上市之前都布局了大量專利，如氣動噪聲、防除冰設計等，即便如此，仍會面對來自行業內競爭對手的巨大威脅。在國外競爭對手廣泛布局專利的前提下，如果只盯緊科研項目去進行技術挖掘，技術面往往會越來越窄。鑒于上述專利分析，在氣動設計技術領域，空氣動力學中的全機干擾流場優化、氣動載荷設計優化等方面應盡快展開專利布局。現階段，中國直升機設計研究所在研發工作中應借鑒已有專利技術文獻，大力優化自身專利管理，提升專利申請的質量，規劃專利布局，提升專利核心競爭力。

[1] 李漢清，等. 直升機制造產業及其技術發展現狀分析[J].情報探索，2013(03):58-62.

[2] 凌莊懷.中航直升機公司民用直升機發展的策略思考[D].廈門：廈門大學，2014.

[3] 馬天旗，等.專利分析--方法、圖表解讀與情報挖掘[M]. 北京：知識產權出版社，2015.

PatentAnalysisonPneumaticDesignTechnologyofHelicopter

XU Jinghai1, LIU Chuanzhun2，LU Feng3

(1.China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China；2.Beijing HangXin Intellectual Property Advisory CO.LTD , Beijing 100101, China；3.Army Aviation Department of the PLA General Staff Military Representative Office in Jingdezhen Rejion, Jingdezhen 333000,China)

The search analysis based on the helicopter design technology on the aerodynamic design technology patent data for mathematical statistics and analysis, intended to outline the relevant technology development context, for enterprise intellectual property escort. This paper analyzed the development status of helicopter aerodynamic design technology, the overall situation of patent application and the layout of the patented technology of important competitors both at home and abroad through the analysis of the distribution of patent applications over the years, as well as the analysis of patent managers' macro mathematical statistics, and according to the important competition opponents at home and abroad the layout of the patent to understand the development trend of related technologies，for the independent intellectual property rights of enterprises to provide reference for the layout。

helicopter; aerodynamics; intellectual property

2017-03-08

徐京海(1965-)，男，江蘇濱海人，本科，高級經濟師，專利代理人，主要研究方向：知識產權管理。

1673-1220(2017)04-069-04

G306；V211.52

A